[发明专利]一种水力大直径分级造穴卸压增透装置及方法

说明书

本发明涉及水力大直径分级造穴卸压增透技术领域，一种水力大直径分级造穴卸压增透装置，其中分级造穴钻头安装在钻杆靠近钻头处，分级造穴钻头中分级造穴钻头底座固定安装在钻杆内，中空导水轴安装在分级造穴钻头底座上，分级造穴钻头转盘可转动的安装在中空导水轴上，分级造穴钻头射流杆尾部安装在分级造穴钻头转盘上，分级造穴钻头射流喷嘴安装在分级造穴钻头射流杆的头部，分级造穴钻头射流喷嘴向外高压喷水，且分级造穴钻头转盘通过分级造穴钻头射流喷嘴向外高压喷水形成的离心扭力转动。水力大直径分级造穴卸压增透装置，实现多次分级立体冲孔造穴，提高卸压增透防突效果。另外，本发明还提出一种水力大直径分级造穴卸压增透方法。

技术领域

本发明涉及水力大直径分级造穴卸压增透技术领域，特别是水力大直径分级造穴卸压增透装置及方法。

背景技术

煤矿瓦斯(煤层气)是重要的非常规天然气资源之一，在煤矿井下开展高瓦斯煤层的煤层气抽采时，未卸压煤层的煤层气抽采能否取得较好的效果主要取决于煤层的渗透性。但我国大部分矿区的煤层属于高瓦斯低渗煤层，煤质松软且渗透性差，渗透率仅为10-4～10-3mD，由于煤层的渗透性直接决定了煤矿瓦斯(煤层气)抽采及利用的效率，解决低渗煤层的煤层气难抽问题已成为确保煤矿安全生产，提高煤层气产量和利用率的关键环节。研发提高低渗煤层的渗透性、煤层气增产的技术与装备，已成为一项艰难而迫切的任务，所以难抽煤层井下增透关键技术及装备研发已成为亟待开展的重要任务。

水力造穴是指借助顺层钻孔或穿层钻孔深入煤体内部，采用高压水射流冲出大量煤体，形成若干直径较大的洞室，在煤体中形成一定卸压排放瓦斯区域。该措施一方面在水力造穴过程中将大量松软煤体破碎并冲出，起到了降低煤体地应力的作用；另一方面在煤层中形成的洞穴增大煤层裸露面积并且在洞室周围形成巨大的裂隙网络，为瓦斯运移及抽采提供了广阔的空间，改善了煤层渗透性，可以有效提高瓦斯抽采效率和瓦斯抽采量。

水力冲孔造穴技术是一种低透气性煤层卸压增透的有效方式，进入深部后，煤层透气性进一步降低，地应力增加，需要采取更大强度的卸压增透措施才能保证抽采防突的效果。对于水力冲孔造穴技术来说，即需要制造更大半径的孔洞。目前的水力冲孔造穴技术受冲孔方法、设备能力、结构限制，最大造穴半径有限，一般不超过0.5m。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出的水力大直径分级造穴卸压增透装置，可改变冲孔的过程，实现多次分级立体冲孔造穴，突破常规水力造穴方法造穴半径的极限，扩大钻孔的卸压范围，提高卸压增透防突效果。另外，本发明还提出一种水力大直径分级造穴卸压增透方法。

在第一个技术方案中，一种水力大直径分级造穴卸压增透装置，包括钻杆、钻头、钻杆夹持器、分级造穴钻头和供水装置，其中钻头安装在钻杆的前端，分级造穴钻头安装在钻杆内部且靠近前段靠近钻头处，钻杆与分级造穴钻头相对的位置具有外钻杆开槽，所述钻杆夹持器夹持在钻杆的尾部，该钻杆夹持器可驱动钻头和钻杆同步轴向转动，所述供水装置通过管路与分级造穴钻头连接并对分级造穴钻头供水；所述分级造穴钻头包括分级造穴钻头底座、分级造穴钻头转盘、中空导水轴、以及至少两组分级造穴钻头射流杆和分级造穴钻头射流喷嘴，其中分级造穴钻头底座固定安装在钻杆内，中空导水轴安装在分级造穴钻头底座上，所述分级造穴钻头转盘可转动的安装在中空导水轴上，所述分级造穴钻头射流杆尾部安装在分级造穴钻头转盘上，分级造穴钻头射流喷嘴安装在分级造穴钻头射流杆的头部，且所述分级造穴钻头射流杆的延长线与中部开槽中空导水轴的轴心交错，所述分级造穴钻头转盘内部具有转盘导水空腔；

所述供水装置通过管路对接，并通过管路、中部开槽中空导水轴和分级造穴钻头转盘对分级造穴钻头射流杆供水，所述分级造穴钻头射流喷嘴向外高压喷水，且分级造穴钻头转盘通过分级造穴钻头射流喷嘴向外高压喷水形成的离心扭力转动。